发明领域
本发明属于化工、轻工业加工技术领域，更进一步涉及一种鲜品农牧渔 业产品、除矿物药以外的中药材、水果、蔬菜和食品的干燥而达到全成分保 存的加工技术。
背景技术
随着科学技术的发展，农牧渔的技术水平也得到了长足的进步，相关产 品产量迅速上升，品质也有较大的提高，出现了前所未有的丰收景象；同时， 道路和基础建设水平的提高使农牧渔业产品的异地销售也越来越普遍。但 是，问题也越来越突出，例如由于新鲜蔬菜水果在储存期内仍在生长，为活 性植物，长期贮存难度较大，易于腐烂；同时由于其含有大量水分，增加了 贮存、运输、销售的成本。人们对植物性农产品主要采用制成饮品、罐头等 形式进行深加工，加工过程中采用高温蒸煮或榨取汁液，使活性成分大量丧 失，果菜汁中纤维素、半纤维素、果胶质等的损失一方面造成人体摄入的营 养失衡，一方面造成浪费和对环境的污染。因此，近年来，加工方式越来越 多的趋向于对成分损失和破坏小的冷冻干燥方法，这其中最普及的方法是真 空冷冻干燥法。真空冷冻干燥法与含有加热或榨汁的传统方法相比，对成分 的破坏大大降低。但是，由于真空冷冻干燥法所采用的制冷方法为应用传统 相变制冷原理的氟利昂制冷法，具有冷冻速度慢，制冷效率低的问题，一方 面会因降温速度缓慢造成部分蛋白，尤其是活性酶类的失活，一方面由于原 料细胞、组织内形成的冰晶颗粒较大，而对原料组织细胞造成破坏，造成损 失；同时真空冷冻干燥法以真空泵的不断抽气形成真空的方式，使原料中的 水分在共晶点以下以升华形式去除，效率很低，干燥一批物料往往需要十几 个小时，甚至更长的时间，因此，常常需要外加热能的方式提供冰晶的升华 能来提高干燥效率。
发明内容
本发明的目的在于公开一种蔬菜、水果和除矿物药以外的鲜品中药材的 干燥品；本发明的目的在于公开一种蔬菜、水果和除矿物药以外的鲜品中药 材进行全成分保留的超速深冷升华干燥技术。
本发明公开一种蔬菜、水果和除矿物药以外的鲜品中药材的干燥品，经 处理后物料水分含量可降至0-10％，并可达到除水以外的全化学成分保留； 所述全化学成分保留是除挥发性成分外的其他成分含量与鲜品相比，大于 80％，挥发性成分与鲜品相比，含量大于50％。
本发明公开一种蔬菜、水果和除矿物药以外的鲜品中药材的干燥技术， 其特征是采用气体涡轮膨胀制冷技术将深冷速冻和升华干燥两个程序结合 起来，使用0.5～0.9Mpa的压缩空气，初始空气膨胀压强比(空气膨胀压强 比＝涡轮入口空气压强/涡轮出口空气压强)为3～9，将鲜品蔬菜、水果和除 矿物药以外的中药材在5-30分钟内，冷却至-20～-120摄氏度；随后改变空 气膨胀压强比(空气膨胀压强比＝涡轮入口空气压强/涡轮出口空气压强)至 2～4，以干燥的、并经气体涡轮膨胀制冷技术制冷并干燥的空气、氮气、惰 性气体以低于原料共熔点3-30摄氏度的冷干风的形式吹于物料表面，使物 料水分含量降至0-10％。
上述涡轮入口温度可以为20-30摄氏度；涡轮效率为0.65～0.85。
所述的超速深冷升华干燥工艺中低温冷源的提供和对低温冷干风的获 得可以是采用空气压缩机将空气、氮气或其他化学惰性气体压缩至0.5～ 0.9MPa，将压强为0.5～0.9Mpa的压缩气体依次通过水冷却器、氟利昂制冷 机组或换热器冷却，同时去除高压饱和气体中的水分，进一步以分子筛吸附 器去除其中水分和二氧化碳，然后进入透平膨胀机中进行绝热膨胀，通过无 级调速，获得-20～-120摄氏度的低温干燥气体，然后以强迫对流方式进入 冷冻干燥室与物料进行换热和传质(传出物料中的水分)。
本发明的鲜品蔬菜、水果和除矿物药以外的中药材的干燥品，除了具有 全成分保留的特点，还有保持其原有植物形态、气味和色泽等优点，由于组 织结构中水分的去除，使物料物理性质发生改变，结构疏松，易于粉碎，且 复水性好，可以粉碎后制成全成分蔬菜、水果粉、中药材粉，用于保健和日 常食用的目的，并成为一种新的中药炮制方法获得的新型中药饮片。
本发明技术与真空冷冻干燥技术相比，具有冷冻速度快，冷却温度低， 干燥速度快，对酶和敏感化学成分保留全面且含量高，而且要求温度越低， 所需相对时间越短，全部工艺采用物理过程，对物料和环境均无污染等优点； 化学成分的保留对挥发性成分而言，比真空冷冻干燥可提高25％，对非挥发 性成分而言，比真空冷冻干燥可提高40％；由于使用化学惰性气体既是制冷 剂，又是冷媒，不存在能量交换损失，可以减少能量消耗，同时不存在传统 制冷剂对臭氧层等的破坏，有利于保护环境。此外，空气涡轮膨胀制冷和干 燥技术方法成熟、可靠，传热传质一次完成，主要技术经济指标达到或优于 真空冷冻干燥方法。
本发明与单纯的深冷技术相比，在使物料水分升华干燥的同时，升华干 燥环节中低温干燥化学惰性空气的采用，可使物料中易于氧化的成分得到很 好的保护，温差、冷阱、分子筛和干燥剂的联用或分用可大大提高化学惰性 气体以冷干风形式的传质能力，附加或不附加循环风压的改变的方法，可进 一步提高物料中水分的升华干燥速度。与氟利昂等制冷剂造成的深冷条件相 比，具有启动速度快，制冷温度低，结构简单，无需多级制冷，并可使冷量 迅速传递到物料内部等优点。
本发明与通用的瓜果、蔬菜榨汁后冷冻干燥的处理方法相比，具有保存 了植物中原有纤维素、果胶质等难溶性，而对人体有益的成分，实现了全成 分保留的特点，同时避免了榨汁等工艺中废液、废渣排放可能造成的污染。
实验例1胡萝卜干燥实验
1、设备：空气涡轮制冷源及冷冻干燥箱，气源发生器及干燥设备。
2、实验材料：鲜胡萝卜切片125克
3、实验结果：
鲜胡萝卜125克经过超低温干燥速冻保鲜和低温干燥后，干胡萝卜重为 16.5克，去除水分108.5克。共去除水分87％。
4、保鲜状况测试方法：
类胡萝卜素在鲜品与干品胡萝卜中含量变化的测定
1)实验材料、试剂与仪器
材料：鲜品胡萝卜，干品胡萝卜(干品由鲜品胡萝卜通过本工艺干燥， 干燥前后质量分别为125.0g，16.5g)。
试剂：90％丙酮水溶液。
仪器：Varian Cary 1E UV-Visible分光光度计，离心机，搅拌机。
2)实验方法
样品制备：用搅拌机把鲜品胡萝卜尽量搅碎，称取约1.2g于试管中， 准确加入5ml的90％丙酮水溶液，立即盖上盖子，平行做4份。用刀把干品 胡萝卜尽量切碎，称取约0.3g于试管中，准确加入5ml的90％丙酮水溶液， 立即盖上盖子，平行做4份。把上述8份样品，放于超声波仪中提取1hr， 然后用离心机离心分离，分别准确各样品上层清液2ml于10ml的容量瓶中， 用90％丙酮水溶液定量至10ml。
检测方法：用分光光度计分别测定上述8份样品对350nm至670nm光波 的吸光度，观察波形，与文献相同，取440nm与660nm的吸光度之差为类胡 萝卜素的吸光度，(440nm是文献[1]指定的胡萝卜吸光度，660nm为基线， 各波长分别测定三次，取平均值)，按照文献[1]的公式计算类胡萝卜素的含 量，以及类胡萝卜素在干品中的含量与鲜品中的含量之比。文献[1]的公式 为：
X = 0.1 × ( 4.7 × D 440 ) × A m ]]>
X：分析样品中类胡萝卜素的含量(mg/100g样品)(按完全提取算)；
D440：在440nm下1cm厚的液层的吸光度，已减去660nm的基线吸光度；
A：提取液的体积，为10ml，还要根据样品制备过程，乘以5/2，即等 于25ml；
m：分析样品的重量，对于干品，要折算回未干燥的质量，折算方法：
m = m 0 m A m B ]]>
m0：称取的胡萝卜质量(g)，对于鲜品，m0＝m；
mA：干燥前全部胡萝卜的质量，为125.0g；
mB：干燥后全部胡萝卜的质量，为16.5g。
3)实验结果
X 平均 相对标准偏
样品 (mg/100g 值 X 差RSD
号 D440 m0(g) m(g) )
0.124 1.21 1.219
鲜品1 96 90 0 1.2045
0.105 1.19 1.192
鲜品2 87 20 0 1.0436
1.116 6.1％
0.102 1.10 1.107
鲜品3 65 70 0 1.0895
0.107 1.11 1.116
鲜品3 08 66 6 1.1268
0.190 0.31 2.383
干品1 02 46 3 0.9368
0.179 0.30 2.324
干品2 97 68 2 0.9098
0.9602 5.5％
0.190 0.30 2.331
干品3 70 77 1 0.9612
0.202 0.30 2.303
干品4 44 40 0 1.0329
所以，类胡萝卜素在干品与鲜品的中的含量之比为：
类胡萝卜素在干品与鲜品的中的含量之比为86.03％，证明本工艺在去除 了大量水份的同时，比较好的保留了胡萝卜的有效成分。
[1]X.H.波钦诺克[苏]，荆家海，丁钟荣，植物生物化学分析方 法，科学出版社，1981
5、结果和分析：
以丙酮超声法提取，紫外分光光度法测定胡萝卜素含量为保鲜指标，平 行以常规干燥法和超速深冷升华干燥法处理胡萝卜，与鲜胡萝卜相比，常规 干燥法处理后产品胡萝卜素含量为41.23％，超速深冷升华干燥法处理后产品 胡萝卜素含量为86.03％。因此，以胡萝卜素为指标，超速深冷升华干燥法与 常规干燥法相比，对胡萝卜的保鲜能力提高一倍以上。
实验例2鲜人参干燥实验
1、设备：空气涡轮制冷源及冷冻干燥箱，气源发生器及干燥设备。
2、实验材料：鲜人参切片30克
3、实验结果：
鲜人参30克经过超低温速冻保鲜和低温干燥后，干人参重11.4克，去 除水分18.6克。鲜人参的净含水量经实测为100克鲜人参含水61.64克， 即鲜人参含水为61.64％。所以经速冻保鲜低温干燥后去除18.6克水，相当 于将鲜人参中水分100％去除，干人参中不含水分。
干人参与鲜人参的净重比，干/鲜＝11.4/30＝0.38。
4、保鲜状况测试：
以乙醇超声法提取，高效液相测定人参皂甙Rb1的峰面积为保鲜指标， 平行以常规干燥法和超速深冷升华干燥法处理鲜人参，与鲜人参相比，常规 干燥法处理后产品人参皂甙Rb1含量为32.35％，超速深冷升华干燥法处理后 产品人参皂甙Rb1含量为85.27％。因此，以人参皂甙Rb1为指标，超速深冷 升华干燥法与常规干燥法相比，对人参的保鲜能力提高1.5倍以上。
实验例3鲜芦荟干燥实验
1、设备：空气涡轮制冷源及冷冻干燥箱，气源发生器及干燥设备。
2、实验材料：鲜芦荟切片40克
3、实验结果：
鲜切片芦荟40克经过超低温速冻保鲜和低温干燥后，干芦荟重1.4克， 去除水分38.6克。
干芦荟与鲜芦荟的净重比，干/鲜＝1.4/40＝0.035。
4、保鲜状况测试：
以乙醇超声法提取，高效液相测定芦荟大黄素的峰面积为保鲜指标，平 行以常规干燥法和超速深冷升华干燥法处理鲜芦荟，与鲜人参相比，常规干 燥法处理后产品芦荟大黄素含量为37.36％，超速深冷升华干燥法处理后产品 芦荟大黄素含量为91.25％。因此，以芦荟大黄素为指标，超速深冷升华干燥 法与常规干燥法相比，对芦荟的保鲜能力提高两倍以上。
实验例4鲜鹿茸干燥实验
1、设备：空气涡轮制冷源及冷冻干燥箱，气源发生器及干燥设备。
2、实验材料：鲜鹿茸切片150克
3、实验结果：
鲜鹿茸150克经过超低温速冻保鲜和低温干燥后，干鹿茸重69克，去除 水分81克。
干鹿茸与鲜鹿茸的净重比，干/鲜＝69/150＝0.46。
4、保鲜状况测试：
以乙醇超声法提取，紫外分光光度法测定253nm鹿茸最大吸收峰吸光度 值为保鲜指标，平行以常规干燥法和超速深冷升华干燥法处理鲜鹿茸，与鲜 鹿茸相比，常规干燥法处理后产品在253nm处吸光度为0.31，超速深冷升华 干燥法处理后产品在253nm处吸光度为0.54。因此，以253nm处吸光度为指 标，超速深冷升华干燥法与常规干燥法相比，对鹿茸的保鲜能力提高近一倍。
通过以下实施例进一步说明本发明。
实施例1胡萝卜干燥
将鲜胡萝卜125克，采用气体涡轮膨胀制冷技术，调整初始空气膨胀压 强比(空气膨胀压强比＝涡轮入口空气压强/涡轮出口空气压强)为8，涡轮 入口温度为20摄氏度，涡轮效率为0.7在10分钟内，迅速冷却至-80摄氏度， 使胡萝卜组织结构中的液态水迅速固化，成为极其微小的冰晶；随后改变空 气膨胀压强比(空气膨胀压强比＝涡轮入口空气压强/涡轮出口空气压强)为 3，以干燥的、并经气体涡轮膨胀制冷技术制冷的空气以低于原料共熔点15 摄氏度的冷干风的形式吹于鲜胡萝卜表面，使鲜胡萝卜内的水分在低温下得 以升华。干胡萝卜重为16.5克，去除水分108.5克。共去除水分87％。其中 的冷干风是采用空气压缩机将空气压缩至0.8MPa，将压缩气体依次通过水冷 却器、氟利昂制冷机组或换热器冷却，同时去除高压饱和气体中的水分，进 一步以分子筛吸附器去除其中水分和二氧化碳，然后进入透平膨胀机中进行 绝热膨胀，获得-80摄氏度的低温干燥气体。
实施例2鲜人参干燥
将鲜人参30克，采用气体涡轮膨胀制冷技术，调整初始空气膨胀压强比 (空气膨胀压强比＝涡轮入口空气压强/涡轮出口空气压强)为7.8，涡轮入 口温度为25摄氏度，涡轮效率为0.75，在25分钟内，迅速冷却至-100摄氏 度，使鲜人参组织结构中的液态水迅速固化，成为极其微小的冰晶；随后调 整空气膨胀压强比(空气膨胀压强比＝涡轮入口空气压强/涡轮出口空气压 强)为3.3，以干燥的、并经气体涡轮膨胀制冷技术制冷的空气以低于原料 共熔点25摄氏度的冷干风的形式吹于物料表面，使鲜人参内的水分在低温 下得以升华。干人参重11.4克，去除水分18.6克。其中的冷干风是采用空 气压缩机将空气压缩至0.75MPa，将压缩气体依次通过水冷却器、氟利昂制 冷机组或换热器冷却，同时去除高压饱和气体中的水分，进一步以分子筛吸 附器去除其中水分和二氧化碳，然后进入透平膨胀机中进行绝热膨胀，获得 -90摄氏度的低温干燥气体。
实施例3鲜芦荟干燥
将鲜切片芦荟40克，采用气体涡轮膨胀制冷技术，调整初始空气膨胀压 强比(空气膨胀压强比＝涡轮入口空气压强/涡轮出口空气压强)为5.7，涡 轮入口温度为28摄氏度，涡轮效率为0.75，在15分钟内，迅速冷却至-70摄 氏度，使芦荟组织结构中的液态水迅速固化，成为极其微小的冰晶；随后调 整空气膨胀压强比(空气膨胀压强比＝涡轮入口空气压强/涡轮出口空气压 强)为3.2，以干燥的、并经气体涡轮膨胀制冷技术制冷的空气、氮气、惰 性气体以低于芦荟共熔点20摄氏度的冷干风的形式吹于物料表面，使芦荟 内的水分在低温下得以升华。干芦荟重1.4克，去除水分38.6克。其中的 冷干风是采用空气压缩机将空气压缩至0.6MPa，将压缩气体依次通过水冷却 器、氟利昂制冷机组或换热器冷却，同时去除高压饱和气体中的水分，进一 步以分子筛吸附器去除其中水分和二氧化碳，然后进入透平膨胀机中进行绝 热膨胀，获得-60摄氏度的低温干燥气体。
实施例4：鲜鹿茸干燥
将鲜切片鹿茸150克，采用气体涡轮膨胀制冷技术，调整初始空气膨胀 压强比(空气膨胀压强比＝涡轮入口空气压强/涡轮出口空气压强)为8.5， 涡轮入口温度为20摄氏度，涡轮效率为0.75，在30分钟内，迅速冷却至-110 摄氏度，使鹿茸组织结构中的液态水迅速固化，成为极其微小的冰晶；随后 调整空气膨胀压强比(空气膨胀压强比＝涡轮入口空气压强/涡轮出口空气压 强)为4，以干燥的、并经气体涡轮膨胀制冷技术制冷的氦气以低于原料共 熔点25摄氏度的冷干风的形式吹于鹿茸表面，使鹿茸内的水分在低温下得 以升华。鲜鹿茸150克经过超低温速冻保鲜和低温干燥后，干鹿茸重69克， 去除水分81克。其中的冷干风是采用空气压缩机将氦气压缩至0.8MPa，将 压缩气体依次通过水冷却器、氟利昂制冷机组或换热器冷却，同时去除高压 饱和气体中的水分，进一步以分子筛吸附器去除其中水分和二氧化碳，然后 进入透平膨胀机中进行绝热膨胀，获得-90摄氏度的低温干燥气体。
实施例5：鲜蚯蚓干燥
将鲜蚯蚓150克，采用气体涡轮膨胀制冷技术，调整初始空气膨胀压强 比(空气膨胀压强比＝涡轮入口空气压强/涡轮出口空气压强)为0.9，涡轮 入口温度为20摄氏度，涡轮效率为0.75，在15分钟内，迅速冷却至-90摄氏 度，使蚯蚓组织结构中的液态水迅速固化，成为极其微小的冰晶；随后调整 空气膨胀压强比(空气膨胀压强比＝涡轮入口空气压强/涡轮出口空气压强) 为3.0，以干燥的、并经气体涡轮膨胀制冷技术制冷的氮气以低于原料共熔 点25摄氏度的冷干风的形式吹于蚯蚓表面，使蚯蚓内的水分在低温下得以 升华。鲜蚯蚓150克经过超低温速冻保鲜和低温干燥后，干蚯蚓重30克， 去除水分120克。其中的冷干风是采用空气压缩机将氮气压缩至0.9MPa，将 压缩气体依次通过水冷却器、氟利昂制冷机组或换热器冷却，同时去除高压 饱和气体中的水分，进一步以分子筛吸附器去除其中水分和二氧化碳，然后 进入透平膨胀机中进行绝热膨胀，获得-110摄氏度的低温干燥气体。
实施例6：鲜苹果干燥
将鲜切片苹果200克，调整初始空气膨胀压强比(空气膨胀压强比＝涡轮 入口空气压强/涡轮出口空气压强)为5.7，涡轮入口温度为25摄氏度，涡轮 效率为0.8，15分钟内，迅速冷却至-70摄氏度，使苹果组织结构中的液态水 迅速固化，成为极其微小的冰晶；随后调整空气膨胀压强比(空气膨胀压强 比＝涡轮入口空气压强/涡轮出口空气压强)为3.2，以干燥的、并经气体涡 轮膨胀制冷技术制冷的氮气以低于苹果共熔点20摄氏度的冷干风的形式吹 于物料表面，使苹果内的水分在低温下得以升华。干苹果重47.5克，去除 水分152.5克，共去除水分76％。其中的冷干风是采用空气压缩机将氮气压 缩至0.8MPa，将压缩气体依次通过水冷却器、氟利昂制冷机组或换热器冷却， 同时去除高压饱和气体中的水分，进一步以分子筛吸附器去除其中水分和二 氧化碳，然后进入透平膨胀机中进行绝热膨胀，获得-70摄氏度的低温干燥 气体。